Теоретические основы прочности и разрушения материалов
Специальный курс
I. Прочность как наука о предельных состояниях континуума.
1. Основные понятия о прочности материалов. Прочность материалов. Разрушение и прочность абсолютно твердых тел. Термодинамический подход к прочности. Основные положения упрочняющих методов. Упрочнение кристаллических материалов. Принципы композиционного упрочнения материала. Свойства и поведение твердых тел в зависимости от условий нагружения.
2. Феноменологический подход к проблеме прочности.
- A. Критерии прочности и пластичности изотропных материалов. Условный предел текучести металлов. Критерий наибольших нормальных напряжений и линейных деформаций. Критерии текучести, не зависящие от давления. Критерий максимального касательного напряжения (критерий Треска). Критерий текучести Мизеса и его физическая интерпретация. Критерии текучести, зависящие от давления. Критерий Кулона-Мора.
- B. Критерии прочности и пластичности анизотропных материалов. Обобщенные напряжения и деформации. Квадратичные критерии текучести для анизотропных материалов. Энергетический критерий прочности и пластичности ортотропного материала. Трансверсально-изотропное тело. Зависимость коэффициентов прочности от коэффициентов.
- C. Критерий прочности с моментными напряжениями. Понятие моментных напряжений. Уточнение уравнений равновесия. Вывод критерия прочности.
3. Надрезы и трещины в континууме. Три типа деформации материала при раскрытии трещины. Зона пластической деформации у вершины трещины. Основы линейной механики разрушения. Основы нелинейной механики разрушения. Трехосное напряженное состояние при растяжении материала. Распределение напряжений и деформаций вблизи дна надреза в условиях плоской деформации.
II. Физические основы прочности.
1. Общие сведения о теории дислокаций и дисклинаций.Общие свойства дислокаций в упругом сплошном теле. Дислокации и дисклинации - дефекты кристаллической решетки. Геометрия дисклинаций в однородном континууме. Силы, действующие на дислокацию. Напряженное состояние вокруг дислокации. Энергия дислокации. Взаимодействие между параллельными дислокациями. Критическое напряжение сдвига, необходимое для движения дислокации. Перемещение дислокаций. Пересечение дислокаций и образование вакансий. Взаимодействие дислокаций с растворенными атомами. Уравнение движения дислокаций. Равновесное распределение однородных дислокаций, образующих плоское скопление в плоскости скольжения.
2. Критерии разрушения. Теория разрушения материала с трещиной. Теория разрушения, связанная с дефектами типа дислокаций. Теория и модели разрушения, в которых трещины и двойникующие дислокации являются дефектами.
3. Основные представления о комбинированной макро- и микромеханике разрушения. Механика макро- и микровзаимодействия трещин и плоских скоплений дислокаций. Решение задачи о взаимодействии трещины и плоских скоплений дислокаций.
4. Теория переноса и теория кинетических процессов применительно к течению и разрушению материалов и твердых тел. Теория кинетических процессов в веществах и твердых телах. Основные принципы теории переноса газообразных веществ. Основные принципы теории кинетических процессов. Связь между молекулярной теорией переноса и теорией кинетических процессов. Зависимость энергии активации от напряжения в кинетических процессах течения и разрушения твердых тел.
5. Теория образования зародышей разрушения. Теория образования гомогенных зародышей. Теория гетерогенного образования зародышей и ее применение к разрушению твердых тел.
III. Механизмы разрушения тел с трещинами.
1. Критерии разрушения, связанные с наличием в теле трещины. Энергетический критерий Гриффитса. Критерий Ирвина. Модель Баренблатта. Деформационный критерий Леонова - Панасюка - Дагдейла. Критерий Новожилова. Уравнение энергии. Поток энергии. Скорость изменения энергии деформации при росте трещины. Поток энергии при изменении направления распространения трещины.
2. Влияние внешней среды на рост трещин. Влияние водорода и влаги на рост трещин в металлах. Явление адсорбции. Развитие коррозионных трещин. Электрохимический механизм роста трещин. Влияние воды на разрушение стекла и горных пород.
3. Некоторые специальные задачи теории трещин. Поведение трещины вблизи границы тела. Трещина на границе раздела двух сред. Применение концепции Новожилова к трещинам в хрупких материалах, армированных волокнами.
Основная литература
- Екобори Т. Научные основы прочности и разрушения материалов. Киев: Наукова Думка, 1978. 352 с.
- Гольденблат И.И., Копнов В.А. Критерии прочности и пластичности конструкционных материалов. М.: Машинострение, 1968. 192 с.
- Поль Б. Макроскопические критерии пластического течения и хрупкого разрушения // Разрушение, том 2 / ред. Г.Либовиц. М.: Мир, 1975. 337-520.
- Качанов Л.М Основы механики разрушения. М.: Наука, 1974. 312 с.
- Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука, 1974. 640 с.
Дополнительная литература.
- Владимиров В.И., Романов А.Е. Дисклинации в кристаллах. Л.: Наука, 1986. 224 с.
- Черных К.Ф. Нелинейная сингулярная упругость. Часть II. СПб., 1999. 196 с.
- Слепян Л.И. Механика трещин. Л.: Судостроение, 1990. 296 с.
- Разрушение. Том 2 / ред Г.Либовиц. М.:Мир, 1975. 83-335.
- Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1979. 744 с.
